在想像太陽系的時候,我們大腦裡通常會有一個巨大的圓盤,上面有許多環,代表著行星的軌道運動,可能是因為從小課本上就是這麼畫的,所以我們很自然地認為所有的行星都在同一個軌道平面上。不但如此,它們還以相同的方向繞太陽運行。
但你有沒有想過為什麼?這是一個巨大的巧合嗎?或者是不是因為什麼事情才導致這一現象的?如果有這麼一個過程,我們能找到證據嗎?正如你猜測的,這並不是一個巨大的巧合,因為我們不僅觀察到行星沿著同一個方向繞太陽運行,而且衛星也是這樣做的,所有的氣態巨星都有衛星環繞飛行,他們也都朝著同一個方向前進,比如土星它的衛星就和土星環在同一平面上統一朝向繞著土星運行,但這一切是怎麼發生的?為什麼發生的?讓我們回到數億年前太陽系形成之前,在星雲的中心身處氣體和塵埃懸浮在原地,每一個粒子都用自己內部的排斥壓力抵抗對方的盈利。
直到有一天外部的能量推動,就像超新星的衝擊波震動了星雲內的氣體和塵埃,破壞了內部的壓力,導致粒子碰撞並聚集在一起。更快,這些團塊就會附著到其他團塊上,他們的質量和重力會隨著每個粒子的附著而增加,在幾千年內正在形成的物質間的撞擊開始變得更加劇烈,導致星雲中心的物體升溫。隨著質量和重力的增加,星雲中的更多物質被吸進物體中,形成了一顆被稱為圓恆星的恆星,或者是一顆核心還沒有開始核聚變的非常年輕的恆星。
一開始原恆星周圍的物質會從各個方向聚攏過來,這樣會導致原恆星周圍的環境非常混亂。粒子之間的碰撞經常發生,它們的角動量將被抵消,角動量在物理學中是指與物體的原點的位移和動量相關的物理量。這些正在下沉的例子從四面八方靠近,相互碰撞,相互抵消,我們可以從一個視頻裡更好地理解這一原理,視頻中實驗者使用卡紙來帶。代表宇宙時空,中間的球有著巨大的質量,正在扭曲時空並產生重力。
這就像在宇宙中三維空間中的重力一樣,試驗者圍繞著這個中心物體向從兩個相反的方向將小球拋出,小球在卡紙上旋轉,知道它們與另一個相反方向的球碰撞,抵消了彼此的動量,剩下那些沒有碰撞的球,他們就會慢慢調整位置,開始朝著同一個方向運動。
由於卡紙的摩擦,這些小球會慢慢減速,直至完全停下來。但是在宇宙時空中我們不用考慮摩擦力的問題,你可以想像粒子繼續繞軌道運動。另外這是四地宇宙中的三地平面上發生的事情的二維表示,所以你需要想像這些例子也沿著另一個軸運動,所以最終的結果是只剩下一個大多數粒子的運動方向,從而形成了一個原行星盤。
當越來越少的物質落入原恆星,並開始在其周圍的軌道上運行時,物質又開始結塊,如果足夠多的物質聚集在一顆紅心上,可能最終會形成另一顆紅心,使其成為雙星甚至多星系統。否則這些團塊最終會合併成行星,在這些行星周圍又會形成一個類似於原行星盤相似的,使得行星已與圓盤相同的方向旋轉,最終圓盤中的物質形成了衛星。
即使在今天我們也可以觀察到這種物質的團塊還是以土星為例,卡西尼號在執行任務時發現土星環內形成了微小衛星,因為各種引力相互作用產生的物質聚集在一起,其中一些小衛星很快就解體了。我們相信在我們早期的太陽系中也發生過這種情況,但有些衛星一直持續到卡西尼號任務結束,也許有一天他們最終會形成非常微小的衛星。
事實上太陽系的軌道平面並不是完全平坦的,有些行星有幾度的偏移,但這影響不大。儘管太陽系中的物質如小行星和彗星仍會撞擊一些行星來刷存在感,但是我們可以通過測量暴露在外的天氣,比如衛星和其他天體上的隕石坑的年齡,看到發生碰撞的次數大幅減少。
從這些線索我們可以了解到,在宇宙形成不久的混亂中,所有的行星都遭到了小行星和隕石的猛烈轟擊,但隨著更多有序排列的出現,碰撞的次數會逐漸減少,直到形成今天我們看到的太陽系。所以我們可以假設類似的過程形成了其他恆星系統。我們不久前才觀察到,圍繞其他恆星運行的大型行星也沿著類似的平面旋轉!